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JPH0982345A - Fused carbonate fuel cell and its manufacture - Google Patents

Fused carbonate fuel cell and its manufacture

Info

Publication number
JPH0982345A
JPH0982345A JP7230175A JP23017595A JPH0982345A JP H0982345 A JPH0982345 A JP H0982345A JP 7230175 A JP7230175 A JP 7230175A JP 23017595 A JP23017595 A JP 23017595A JP H0982345 A JPH0982345 A JP H0982345A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
aluminum
wet seal
base material
fuel cell
separator plate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP7230175A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Junichi Hosokawa
純一 細川
Yoji Fujita
洋司 藤田
Hiroaki Urushibata
広明 漆畑
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
Priority to JP7230175A priority Critical patent/JPH0982345A/en
Publication of JPH0982345A publication Critical patent/JPH0982345A/en
Pending legal-status Critical Current

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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To enhance corrosion resistance of a wet sealing part. SOLUTION: In a wet sealing part, an aluminium diffused layer 111 is formed on a surface of a base material 55 which contains aluminium of 1 to 9wt.% and is composed of alloy mainly composed of iron. The wet sealing part is manufactured by forming the aluminium diffused layer by performing heat treatment after coating the surface of the base material which contains aluminium of 1 to 9wt.% and is composed of alloy mainly composed of iron with aluminium. The wet sealing part is manufactured by forming the aluminium diffused layer on the surface of the base material by soaking the base material which contains aluminium of 1 to 9wt.% and is composed of alloy mainly composed of iron in a molten aluminium bath.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は溶融炭酸塩型燃料電
池に関するものであり、特に、ウェットシール部の耐食
性の向上により長寿命化、高性能化を図るものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a molten carbonate fuel cell, and more particularly to improving the corrosion resistance of the wet seal portion to prolong the life and improve the performance.

【0002】[0002]

【従来の技術】一般に単電池は燃料電極、電解質マトリ
クス、酸化剤電極から構成されている。燃料電極にはニ
ッケル等の遷移金属の多孔性焼結体が用いられており、
酸化剤電極には燃料電極と同様に高い電子伝導性を有す
るニッケル等の酸化物多孔体が用いられている。また、
電解質マトリクスにはアルミン酸リチウム粒子の焼結体
に電解質を含浸させて用いられている。電解質にはリチ
ウム、カリウムの炭酸塩の2元系が主として用いられて
おり、それらの組成比はイオン導電率を高く、かつ融点
を電池の動作温度である650℃より低くする必要から
共晶塩組成またはその組成に近い炭酸塩が用いられてい
る。特に酸化剤電極の電極反応速度の点からはリチウ
ム、カリウム炭酸塩が有利であり、広く用いられてい
る。実用に供せられる溶融炭酸塩型燃料電池は一般に、
燃料電極と酸化剤電極で電解質マトリクスを挟み、重ね
合わせて単セルとし、セパレータ板と呼ばれるステンレ
ス/ニッケル薄板と単セルとを順次、直列に複数個積み
重ねた構造となっている。
2. Description of the Related Art Generally, a unit cell is composed of a fuel electrode, an electrolyte matrix and an oxidizer electrode. A porous sintered body of transition metal such as nickel is used for the fuel electrode,
As the oxidizer electrode, an oxide porous body of nickel or the like having high electron conductivity is used as in the fuel electrode. Also,
The electrolyte matrix is used by impregnating a sintered body of lithium aluminate particles with an electrolyte. A binary system of lithium and potassium carbonate is mainly used as the electrolyte, and the composition ratio of these is high ionic conductivity, and the melting point must be lower than 650 ° C. which is the operating temperature of the battery. A carbonate is used which has a composition or a composition close to that of the composition. In particular, lithium and potassium carbonate are advantageous and widely used from the viewpoint of the electrode reaction rate of the oxidizer electrode. Molten carbonate fuel cells that are put to practical use are generally
An electrolyte matrix is sandwiched between a fuel electrode and an oxidizer electrode, and they are stacked to form a single cell. A plurality of stainless / nickel thin plates called separator plates and a single cell are sequentially stacked in series.

【0003】溶融炭酸塩型燃料電池の燃料ガスとしては
メタンガスと水蒸気またはメタンを改質器を用いて水蒸
気改質した水素、二酸化炭素、水蒸気を主成分として供
給し、酸化剤ガスとしては酸素、窒素、二酸化炭素を含
むガスが用いられている。燃料電極で電極反応に関与す
る化学種は水素、二酸化炭素、水蒸気である。これらの
組成比の違いによってガスの熱力学的な物性が異なり、
燃料ガス中の水素濃度が高いほど電池特性は高くなる。
As a fuel gas of a molten carbonate fuel cell, methane gas and steam or hydrogen or carbon dioxide, which is steam reformed from methane using a reformer, is supplied as a main component, and oxygen is used as an oxidizer gas. Gases containing nitrogen and carbon dioxide are used. The chemical species involved in the electrode reaction at the fuel electrode are hydrogen, carbon dioxide and water vapor. The thermodynamic physical properties of the gas differ depending on the composition ratio,
The higher the hydrogen concentration in the fuel gas, the higher the cell characteristics.

【0004】図4は例えば特開平2−75162号公報
で提唱された650℃で電解質が液体となるアルカリ金
属の炭酸塩を用いる溶融炭酸塩型燃料電池の内部マニホ
ールド型構造の単電池の一例を一部破断して示す要部斜
視図であり、図5はその単電池の一部を拡大して示す要
部斜視図である。各図において、10はセパレータ板、
1,5はそれぞれセパレータ板10で分離設置されてい
る燃料電極及び酸化剤極である。3,7はセパレータ板
10と燃料電極1及び酸化剤極5の間に設けられた燃料
ガス流路及び酸化剤ガス流路を構成する燃料側コルゲー
ト板と酸化剤側コルゲート板である。4は燃料電極1と
酸化剤極5の間に設置され、単セルを構成するための電
解質マトリックスである。2,6は燃料電極1と酸化剤
極5を保持し、発生した電流を通過せしめる燃料側穴あ
き板と酸化剤側穴あき板であるが、図4では簡単のため
省略している。20,30は燃料ガス及び酸化剤ガス供
給排気用マニホールドである。21,31はそれぞれ電
極1,5及びマニホールド20,30の周囲のセパレー
タ板10の燃料ガス側面と酸化剤ガス側面に設けたウェ
ットシール部で、電池内外、マニホールド20,30の
内外を分離シールする。41は端部スペーサであり、例
えば特開昭63−28977号公報に記載されているよ
うに、燃料電極1又は酸化剤電極5と同材質の端部材
と、燃料側コルゲート板3又は酸化剤側コルゲート板7
とを重ね合わせてウェットシール部21,31の内側に
挿入されている。13は酸化剤電極5側の端部スペーサ
41の端部材である。なお、矢印22は燃料ガスの流
れ、32は酸化剤ガスの流れを示す。
FIG. 4 shows an example of a unit cell having an internal manifold type structure of a molten carbonate fuel cell using an alkali metal carbonate whose electrolyte becomes a liquid at 650 ° C. proposed in Japanese Patent Laid-Open No. 2-75162. FIG. 6 is a perspective view of a main part with a part thereof broken away, and FIG. 5 is a perspective view of a main part of the unit cell enlarged. In each figure, 10 is a separator plate,
Reference numerals 1 and 5 are a fuel electrode and an oxidizer electrode, which are separately installed by a separator plate 10. Reference numerals 3 and 7 are a fuel-side corrugated plate and an oxidant-side corrugated plate, which form a fuel gas passage and an oxidant gas passage provided between the separator plate 10 and the fuel electrode 1 and the oxidant electrode 5. Reference numeral 4 is an electrolyte matrix which is installed between the fuel electrode 1 and the oxidizer electrode 5 and constitutes a single cell. Reference numerals 2 and 6 denote a fuel-side perforated plate and an oxidant-side perforated plate that hold the fuel electrode 1 and the oxidizer electrode 5 and allow the generated current to pass therethrough, but they are omitted in FIG. 4 for simplicity. Reference numerals 20 and 30 are manifolds for supplying and exhausting the fuel gas and the oxidant gas. Reference numerals 21 and 31 denote wet seal portions provided on the fuel gas side surface and the oxidant gas side surface of the separator plate 10 around the electrodes 1 and 5 and the manifolds 20 and 30, respectively, to separately seal the inside and outside of the cell and the inside and outside of the manifolds 20 and 30. . Reference numeral 41 denotes an end spacer, which is an end member made of the same material as the fuel electrode 1 or the oxidizer electrode 5, and the fuel side corrugated plate 3 or the oxidizer side, as described in JP-A-63-28977. Corrugated board 7
And are overlapped with each other and are inserted inside the wet seal portions 21 and 31. Reference numeral 13 denotes an end member of the end spacer 41 on the oxidant electrode 5 side. The arrow 22 indicates the flow of fuel gas, and the arrow 32 indicates the flow of oxidant gas.

【0005】図6は一枚のセパレータ板10の両面にそ
れぞれウェットシール部21,31を取り付けた状態を
示す斜視図であり、図において、ウェットシール部2
1,31のそれぞれの外周部に斜線で示すところの40
はセパレータ板10と接合するための溶接部である。
FIG. 6 is a perspective view showing a state where the wet seal portions 21 and 31 are attached to both surfaces of one separator plate 10, respectively. In the figure, the wet seal portion 2 is shown.
40 indicated by diagonal lines on the outer periphery of 1, 31 respectively
Is a welded portion for joining with the separator plate 10.

【0006】一方、図7(a)はウェットシール部2
1,31の表面にアルミニウムを溶射した状態を示す要
部断面の拡大図であり、図において、50はウェットシ
ール部母材、103はアルミニウム溶射層、104はア
ルミニウムが付着していない部分のアルミニウム溶射欠
陥部、105は空隙部である。図7(b)は上記アルミ
ニウム溶射した後に熱処理を行って、ウェットシール部
母材50の表面にアルミニウムを拡散させた状態を示す
要部断面の拡大図であり、図において、106はアルミ
ニウム拡散層、107は上記アルミニウム溶射欠陥部1
04に相当する位置に存在するアルミニウム未拡散欠陥
部、109はアルミニウム未拡散欠陥部107からウェ
ットシール部母材50内部に生じた腐食部である。
On the other hand, FIG. 7A shows the wet seal portion 2
FIG. 2 is an enlarged view of a cross section of a main part showing a state in which aluminum is thermally sprayed on the surfaces of 1, 31. In the figure, 50 is a base material of a wet seal part, 103 is an aluminum sprayed layer, and 104 is a part of aluminum to which aluminum is not attached. The thermal spray defect portion 105 is a void portion. FIG. 7B is an enlarged view of a cross section of a main part showing a state in which aluminum is diffused on the surface of the base material 50 of the wet seal part by performing heat treatment after the aluminum is sprayed, and 106 is an aluminum diffusion layer in the figure. , 107 is the aluminum spray defect portion 1
An aluminum non-diffusion defective portion existing at a position corresponding to 04 is a corroded portion 109 generated inside the wet seal portion base material 50 from the aluminum non-diffusion defective portion 107.

【0007】燃料電極1両端及び燃料ガス給排マニホー
ルド20の周囲に位置するウェットシール部21、また
は酸化剤極5両端及び酸化剤ガス給排マニホールド30
の周囲に位置するウェットシール部31は、電解質を保
持するマトリクス4と当接させて、電解質で常にウェッ
トな状態に保たれ、かつ、一定の面圧を加えることによ
って、電池内の燃料ガスまたは酸化剤ガスが、電池及び
マニホールド20,30の外部に漏れないようにするこ
と、あるいは逆に、電池内及びマニホールド20,30
内に混入しないようにすることを目的として構成されて
いる。従って、電池動作状態におけるウェットシール部
21,31の近傍は常に650℃前後の高温の電解質に
接しており、かつ、電位差などによって局部電池反応が
生じやすいなどの厳しい腐食環境下にある。ウェットシ
ール部21,31の材質は例えば耐食性ステンレス鋼の
SUS316LやSUS310Sなどを用いているが、
このような厳しい環境下においては長時間の耐食性に問
題がある。よって、その対策として、図7に示すよう
に、ウェットシール部21,31の母材50表面に、先
ずアルミニウムを溶射して、最大厚みが100μm以上
150μm以下の厚みのアルミニウム溶射層103を形
成させた後、還元ガス雰囲気(例えばアルゴンガス雰囲
気)で900℃、1時間の熱処理を行って、ウェットシ
ール部母材50の表面にアルミニウム拡散層106を形
成させて耐食性をもたせる方法がとられている。
Wet seal portions 21 located around both ends of the fuel electrode 1 and the fuel gas supply / exhaust manifold 20, or both ends of the oxidant electrode 5 and the oxidant gas supply / exhaust manifold 30.
The wet seal portion 31 located around the fuel cell is kept in a wet state with the electrolyte by being brought into contact with the matrix 4 that holds the electrolyte, and by applying a constant surface pressure, the fuel gas in the cell or Prevent the oxidant gas from leaking to the outside of the battery and the manifold 20, 30 or vice versa.
It is configured for the purpose of not being mixed in. Therefore, the vicinity of the wet seal parts 21 and 31 in the battery operating state is always in contact with the high temperature electrolyte of about 650 ° C., and is in a severe corrosive environment in which a local battery reaction is likely to occur due to a potential difference or the like. As the material of the wet seal portions 21 and 31, for example, corrosion-resistant stainless steel such as SUS316L or SUS310S is used.
Under such a severe environment, there is a problem in long-term corrosion resistance. Therefore, as a countermeasure, as shown in FIG. 7, aluminum is first sprayed on the surface of the base material 50 of the wet seal portions 21 and 31 to form the aluminum sprayed layer 103 having a maximum thickness of 100 μm or more and 150 μm or less. After that, a heat treatment is performed at 900 ° C. for 1 hour in a reducing gas atmosphere (for example, an argon gas atmosphere) to form the aluminum diffusion layer 106 on the surface of the base material 50 of the wet seal portion, thereby providing corrosion resistance. .

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】従来の溶融炭酸塩形燃
料電池の特にウェットシール部は以上のように構成され
製造されているが、例えば上記アルミニウム溶射法にお
いては、アルミニウムが酸化し易いために、ウェットシ
ール部の母材50の表面に溶射アルミニウムが付着した
時にアルミニウム粒子間の融合性が悪く、アルミニウム
溶射層103は非常に不均一となり、部分的にアルミニ
ウムが全く付着していない欠陥部104や空隙105が
点在する。この欠陥部104や空隙105が大きい場合
は、熱処理してウェットシール部母材50の表面にアル
ミニウムを拡散させても、その部分は拡散層が形成され
ない未拡散部107が生じていた。そのために未拡散部
107から腐食109が生じることによって耐食性処理
効果が得られず、電池寿命に支障を来すという問題点が
あった。なお、アルミニウム溶射層103を厚くすると
欠陥を無くせるが、厚くするとアルミニウム拡散層10
6にクラックが生じるなどの問題点があった。このよう
に、ウェットシール部は厳しい腐食環境下に置かれるこ
とから、長時間の耐食性を維持するのは難しく、より耐
食性の優れた構成及び製造方法が必要とされている。
The wet seal portion of the conventional molten carbonate fuel cell, particularly the wet seal portion, is constructed and manufactured as described above. For example, in the above aluminum spraying method, aluminum is easily oxidized. When the sprayed aluminum adheres to the surface of the base material 50 of the wet seal part, the fusion between the aluminum particles is poor, the aluminum sprayed layer 103 becomes very uneven, and the defective part 104 where no aluminum is adhered at all is formed. And voids 105 are scattered. When the defect portion 104 and the void 105 are large, even if heat treatment is performed to diffuse aluminum on the surface of the base material 50 of the wet seal portion, an undiffused portion 107 in which a diffusion layer is not formed is generated in that portion. Therefore, corrosion 109 is generated from the non-diffused portion 107, so that the corrosion resistance treatment effect cannot be obtained, and there is a problem that battery life is impaired. It should be noted that the thick aluminum spray layer 103 can eliminate defects, but the thicker the aluminum spray layer 103, the thicker the aluminum diffusion layer 10 is.
6 had a problem such as cracking. As described above, since the wet seal part is placed in a severe corrosive environment, it is difficult to maintain the corrosion resistance for a long time, and a structure and a manufacturing method having more excellent corrosion resistance are required.

【0009】本発明は、上記の様な問題点を解消し、耐
食性に優れ長寿命の溶融炭酸塩型燃料電池を得ることを
目的とする。
An object of the present invention is to solve the above problems and to obtain a molten carbonate fuel cell having excellent corrosion resistance and long life.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明の請求項1に係わ
る溶融炭酸塩型燃料電池は、ウェットシール部が、1〜
9重量%のアルミニウムを含み鉄を主成分とする合金か
ら成る母材の表面にアルミニウム拡散層が形成されてい
るものである。
In a molten carbonate fuel cell according to claim 1 of the present invention, the wet seal part has
An aluminum diffusion layer is formed on the surface of a base material made of an alloy containing 9% by weight of aluminum and containing iron as a main component.

【0011】本発明の請求項2に係わる溶融炭酸塩型燃
料電池の製造方法は、ウェットシール部が、1〜9重量
%のアルミニウムを含み鉄を主成分とする合金から成る
母材の表面にアルミニウムをコーティングした後に熱処
理を施してアルミニウム拡散層を形成することにより製
造されるものである。
In the method for manufacturing a molten carbonate fuel cell according to claim 2 of the present invention, the wet seal portion is formed on the surface of a base material made of an alloy containing 1 to 9% by weight of aluminum and containing iron as a main component. It is manufactured by coating aluminum followed by heat treatment to form an aluminum diffusion layer.

【0012】本発明の請求項3に係わる溶融炭酸塩型燃
料電池の製造方法は、請求項2記載の熱処理は、表面に
アルミニウムがコーティングされたウェットシール部の
母材とセパレータ板を接合する工程、上記ウェットシー
ル部とセパレータ板間の空間及び電極挿入用空間にカー
ボンスペーサを挿入したものをカーボン当て板を介して
複数個積層する工程、並びに上記積層体の両端をカーボ
ン当て板を介して金属よりなる押さえ板で挟持して上記
積層体を加圧した状態で加熱する工程を有するものであ
る。
According to a third aspect of the present invention, in the method for producing a molten carbonate fuel cell, the heat treatment according to the second aspect is a step of joining a base material of a wet seal portion whose surface is coated with aluminum and a separator plate. A step of laminating a plurality of carbon spacers inserted in the space between the wet seal portion and the separator plate and the electrode insertion space via a carbon patch plate, and both ends of the laminate with a metal plate via the carbon patch plate. It is sandwiched by pressing plates made of the above and is heated in a state where the laminated body is pressurized.

【0013】本発明の請求項4に係わる溶融炭酸塩型燃
料電池の製造方法は、ウェットシール部が、1〜9重量
%のアルミニウムを含み鉄を主成分とする合金から成る
母材を溶融アルミニウム浴に浸漬して上記母材の表面に
アルミニウム拡散層を形成することにより製造されるも
のである。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a molten carbonate fuel cell, wherein the wet seal portion comprises a base material made of an alloy containing 1 to 9% by weight of aluminum and having iron as a main component. It is manufactured by immersing in a bath to form an aluminum diffusion layer on the surface of the base material.

【0014】[0014]

【発明の実施の形態】BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION

実施の形態1.以下、本発明の実施の形態1について説
明する。本願発明に係わるウェットシール部の母材とし
て適用される1〜9重量%のアルミニウムを含み鉄を主
成分とする合金の一例として、二種類のアルミニウム含
有フェライト系ステンレス鋼と、従来適用していた二種
類のオーステナイト系ステンレス鋼の耐食性を比較する
ために熱重量分析を行った。図1は加熱条件と分析結果
を示すものであり、図において、グラフの縦軸は重量変
化(又は温度)、横軸は時間を表す。分析曲線のうち、
破線と一点鎖線はそれぞれ従来適用していたオーステナ
イト系ステンレス鋼のSUS316LとSUS310S
であり、実線は本発明に係るアルミニウム含有フェライ
ト系ステンレス鋼の18Cr−3Al(略称)であり、
20Cr−5Al(略称)も18Cr−3Alの曲線と
殆ど重なるような曲線となった。表1は本発明に係る二
種類のアルミニウム含有フェライト系ステンレス鋼の主
要成分を示すものであり、住友金属工業(株)製等の市販
ベースの耐熱、耐食性材料である。
Embodiment 1. The first embodiment of the present invention will be described below. As an example of an alloy containing 1 to 9% by weight of aluminum and containing iron as a main component, which is used as a base material of a wet seal portion according to the present invention, two types of aluminum-containing ferritic stainless steels and conventionally have been applied. Thermogravimetric analysis was performed to compare the corrosion resistance of two austenitic stainless steels. FIG. 1 shows heating conditions and analysis results. In the figure, the vertical axis of the graph represents weight change (or temperature) and the horizontal axis represents time. Of the analysis curves,
The broken line and the alternate long and short dash line are the austenitic stainless steels SUS316L and SUS310S which have been conventionally applied.
And the solid line is 18Cr-3Al (abbreviation) of the aluminum-containing ferritic stainless steel according to the present invention,
20Cr-5Al (abbreviation) also became a curve almost overlapping with the curve of 18Cr-3Al. Table 1 shows the main components of the two types of aluminum-containing ferritic stainless steels according to the present invention, which are commercially available heat-resistant and corrosion-resistant materials manufactured by Sumitomo Metal Industries, Ltd.

【0015】[0015]

【表1】 [Table 1]

【0016】次に上記熱重量分析の方法と結果について
説明する。厚みが0.5mmで1cm四方の寸法の試料
全面に、炭酸リチウム53モル%と炭酸ナトリウム47
モル%からなる共晶塩を同量のエタノールを混ぜてスラ
リー状にしたものを塗布し、乾燥後の塗布量が10mg
となるようにした。分析条件は、空気70モル%と二酸
化炭素30モル%の混合ガス雰囲気で、図1に曲線10
0で示すように、昇温速度は0℃〜200℃は5℃/
分、200℃〜650℃が0.7℃/分とし650℃で
40時間保持した状態での分析を行った。その結果、従
来適用していたSUS316LとSUS310Sの材料
は重量増加が明確に表れているのに対して、本発明に係
るアルミニウム含有フェライト系ステンレス鋼の18C
r−3Alと20Cr−5Alは殆ど変化していない。
すなわち、この分析結果より、従来の材料に比べて本発
明に係るアルミニウム含有フェライト系ステンレス鋼の
耐食性が優れていることは明らかである。
Next, the method and results of the thermogravimetric analysis will be described. 53 mol% of lithium carbonate and 47 mol of sodium carbonate are placed on the entire surface of the sample having a thickness of 0.5 mm and a size of 1 cm square.
A eutectic salt consisting of mol% was mixed with the same amount of ethanol to form a slurry, and the slurry was applied.
It was made to become. The analytical conditions are a mixed gas atmosphere of 70 mol% of air and 30 mol% of carbon dioxide, and the curve 10 in FIG.
As shown by 0, the heating rate is 5 ° C / ° C from 0 ° C to 200 ° C.
Min., 200 ° C. to 650 ° C. was 0.7 ° C./min, and analysis was carried out in the state of holding at 650 ° C. for 40 hours. As a result, while the weight gains of the materials of SUS316L and SUS310S which have been conventionally applied are clearly shown, 18C of the aluminum-containing ferritic stainless steel according to the present invention is shown.
r-3Al and 20Cr-5Al are almost unchanged.
That is, it is clear from this analysis result that the aluminum-containing ferritic stainless steel according to the present invention is superior in corrosion resistance to conventional materials.

【0017】材料の耐食性については、上記の熱重量分
析法以外に溶融炭酸塩中に浸漬する方法でも評価した。
試験方法は炭酸リチウム62モル%と炭酸カリウム38
モル%からなる共晶塩を入れた高純度のアルミナるつぼ
中にそれぞれの試料を浸漬し、温度700℃、Air雰
囲気の条件下で3000時間の試験を行った。試験後の
表面と断面を観察した結果、オーステナイト系ステンレ
ス鋼のSUS316LとSUS310Sは著しく腐食さ
れているのに対して、アルミニウム含有フェライト系ス
テンレス鋼の18Cr−3Al及び20Cr−5Alで
は表面にアルミナ被膜が形成されることによってほとん
ど腐食されておらず、この浸漬試験の結果においても従
来の材料に比べて本発明に係るアルミニウム含有フェラ
イト系ステンレス鋼の耐食性が優れていること明らかで
ある。但し、アルミニウム含有フェライト系ステンレス
鋼ではオーステナイト系ステンレス鋼のような著しい腐
食は生じないものの、孔食の発生が見られた。よって、
従来の材料よりもアルミニウム含有フェライト系ステン
レス鋼の耐食性が優れているといえども、材料単体での
使用は適当ではない。
The corrosion resistance of the materials was evaluated by a method of immersing in a molten carbonate in addition to the thermogravimetric analysis method described above.
The test method is 62 mol% lithium carbonate and 38 potassium carbonate.
Each sample was immersed in a high-purity alumina crucible containing a mol% eutectic salt, and a test was performed at a temperature of 700 ° C. under an air atmosphere for 3000 hours. As a result of observing the surface and the cross section after the test, the austenitic stainless steels SUS316L and SUS310S were significantly corroded, while the aluminum-containing ferritic stainless steels 18Cr-3Al and 20Cr-5Al had an alumina coating on the surface. Almost no corrosion is caused by the formation, and the results of this immersion test show that the aluminum-containing ferritic stainless steel according to the present invention is superior in corrosion resistance to conventional materials. However, aluminum-containing ferritic stainless steel did not cause remarkable corrosion as in austenitic stainless steel, but pitting was observed. Therefore,
Although the corrosion resistance of aluminum-containing ferritic stainless steel is superior to that of conventional materials, it is not appropriate to use the material alone.

【0018】図2,3は本発明の実施の形態1による溶
融炭酸塩型燃料電池及びその製造方法を説明するもので
あり、図2(a)はウェットシール部の母材の表面にア
ルミニウムをコーティングした状態を示す要部断面拡大
図、図2(b)は上記アルミニウムコーティングした後
に熱処理をしてウェットシール部の母材の表面にアルミ
ニウムを拡散させた状態を模式的に示す要部断面図であ
る。図において、55は上記表1に示す主成分から成る
3重量%、及び5重量%のアルミニウムを含有するフェ
ライト系ステンレス鋼18Cr−3Al又は20Cr−
5Alより成るウェットシール部の母材、110はアル
ミニウムペイントを塗布して形成した無欠陥のアルミニ
ウムコーティング層、111は欠陥がなく厚みが均一な
アルミニウム拡散層である。図3は上記熱処理を行う際
に締め付け治具を用いて、ウェットシール部21,31
とセパレータ板10の一体化構造物を複数個積層し、加
圧拘束した状態を示すものであり、60aはウェットシ
ール部21,31とセパレータ板10との空隙部に挿入
したカーボンスぺーサ、60bは電極挿入エリアに配置
したカーボンスぺーサ、62は上下のウェットシール部
21,31の表面に当接したカーボン当て板、64は上
記カーボンスぺーサ60a,60bを挿入したものをカ
ーボン当て板62を介して複数個積層した積層体の上下
面にカーボン当て板62を介して当接したステンレス鋼
の押え板、66,67,68,69は上記積層体を加圧
拘束するための締め付け部品で、各々ネジ棒、ナット、
バネ座金、平座金である。
2 and 3 illustrate a molten carbonate fuel cell according to Embodiment 1 of the present invention and a method for manufacturing the same, and FIG. 2 (a) shows aluminum on the surface of the base material of the wet seal portion. FIG. 2B is an enlarged cross-sectional view of an essential part showing a coated state, and FIG. 2B is a cross-sectional view of the essential part schematically showing a state where aluminum is diffused on the surface of the base material of the wet seal part after the above aluminum coating. Is. In the figure, 55 is a ferritic stainless steel 18Cr-3Al or 20Cr- containing 3% by weight of the main components shown in Table 1 and 5% by weight of aluminum.
The base material of the wet seal portion made of 5Al, 110 is a defect-free aluminum coating layer formed by applying aluminum paint, and 111 is an aluminum diffusion layer having no defect and a uniform thickness. FIG. 3 shows the wet seal parts 21, 31 using a tightening jig when performing the heat treatment.
6A and 6B show a state in which a plurality of integrated structures of the separator plate 10 and the separator plate 10 are stacked and constrained under pressure, and 60a is a carbon spacer inserted in the gap between the wet seal parts 21 and 31 and the separator plate 10, Reference numeral 60b is a carbon spacer placed in the electrode insertion area, 62 is a carbon contact plate contacting the surfaces of the upper and lower wet seal portions 21, 31, and 64 is a carbon contactor with the carbon spacers 60a, 60b inserted therein. A pressing plate made of stainless steel that abuts on the upper and lower surfaces of the laminated body laminated with a plate 62 via the carbon contact plate 62, and 66, 67, 68, 69 are tightening for pressing and restraining the laminated body. Parts, screw rod, nut,
Spring washers and plain washers.

【0019】次にアルミニウムコーティング層110を
形成する方法について説明する。先ず、サンドブラスト
処理を施したウェットシール部の母材55の表面に、平
均粒径が10μm以下のアルミニウム粉末を54.5重
量%以上で58.5重量%以下と、結合材としてメチル
セルロースを3.0重量%以上で7.0重量%以下、燐酸
7.0重量%以上で9.0重量%以下、三酸化クロムを
3.0重量%、水を26.5重量%、各々混合・攪拌した
ものから成るアルミニウムペイントをスプレー塗布す
る。アルミニウムコーティング層110の厚みは、ウェ
ットシール部21,31の母材55の表面から50μm
以上150μm以下の範囲にする。なぜならば、150
μm以上の厚みになると、乾燥・焼成の段階で塗膜に亀
裂が生じる可能性がある上に、熱処理後のアルミニウム
拡散層111に亀裂を生じる可能性が大きくなり、又、
50μm以下の薄い厚みの場合は、アルミニウム拡散層
111の厚みが薄くなり、処理効果が得られないからで
ある。
Next, a method of forming the aluminum coating layer 110 will be described. First, on the surface of the base material 55 of the wet-sealed portion that has been subjected to sandblasting, aluminum powder having an average particle size of 10 μm or less is 54.5% by weight or more and 58.5% by weight or less, and methylcellulose is used as a binding agent 3. 0% by weight or more and 7.0% by weight or less, phosphoric acid 7.0% by weight or more and 9.0% by weight or less, chromium trioxide 3.0% by weight, water 26.5% by weight, respectively mixed and stirred. Spray paint with aluminum paint consisting of The thickness of the aluminum coating layer 110 is 50 μm from the surface of the base material 55 of the wet seal portions 21 and 31.
The range is 150 μm or less. Because 150
If the thickness is more than μm, cracks may occur in the coating film at the stage of drying and firing, and also the possibility that cracks may occur in the aluminum diffusion layer 111 after heat treatment,
This is because when the thickness is 50 μm or less, the thickness of the aluminum diffusion layer 111 becomes small and the processing effect cannot be obtained.

【0020】アルミニウムペイントを塗布した後、先
ず、室温で1時間の乾燥を行なった後に80℃の温度で
1時間以上の乾燥を行ない、更に、300℃の温度で3
0分以上の焼成を行なって塗膜を硬化させて安定なもの
にした。なお、乾燥が不十分な場合は、焼成時に塗膜に
割れが生じたり、塗膜内部に空隙がなどが生じて安定し
た塗膜形成できない場合があるので十分に乾燥しておく
ことが必要である。上記の方法でアルミニウムコーティ
ング層110を形成した後に、熱処理を行なって、ウェ
ットシール部の母材55の表面にアルミニウム拡散層1
11を形成させた。この場合の熱処理は、ウェットシー
ル部21,31及びセパレータ板10の熱歪を防止する
ために次のような方法で行った。
After applying the aluminum paint, first, it is dried at room temperature for 1 hour, then at 80 ° C. for 1 hour or more, and at 300 ° C. for 3 hours.
The coating was cured by baking for 0 minutes or more to make it stable. If the coating is not sufficiently dried, cracking may occur in the coating during firing, or voids may occur inside the coating, making it impossible to form a stable coating, so it is necessary to dry it sufficiently. is there. After the aluminum coating layer 110 is formed by the above method, heat treatment is performed to form the aluminum diffusion layer 1 on the surface of the base material 55 of the wet seal portion.
11 was formed. The heat treatment in this case was performed by the following method in order to prevent thermal strain of the wet seal portions 21 and 31 and the separator plate 10.

【0021】本実施の形態ではウェットシール部21,
31の母材55はアルミニウム含有フェライト系ステン
レス鋼を用い、セパレータ板10にはオーステナイト系
ステンレス鋼を用いて両者を溶接して一体化構造を形成
している。この場合、両者の熱膨張率が異なることによ
り、高温での熱処理を行うと熱歪が生じる。したがっ
て、熱処理をする際には歪防止対策が必要であり、その
対策として次のような方法を考え出して対処した。ま
ず、ウェットシール部21,31とセパレータ板10と
の空間部に、両者の隙間寸法に相当する厚みのカーボン
スペーサ60aを挿入すると共に、セパレータ板10の
両面の電極挿入用空間に、ウェットシール21,31と
セパレータ板10との間隙寸法に相当する厚みのカーボ
ンスペーサ60bを配置したものをカーボン当て板62
を介して複数個積層し、その積層体の両端すなわち上下
面をカーボン当て板62を介してステンレス製の押さえ
板64で挟持し、ネジ棒66とナット67、バネ座金6
8、平座金69の締付部品によって一定面圧で締め付け
て加圧拘束した。この場合の締め付け力は、バネ座金6
8の初期変形分が完全に押しつぶされて平坦になる程度
とした。なお、ウェットシール面に当接させる当て板6
2の材質をカーボンにしたのは次のような理由による。
例えば、当て板62に金属板を用いた場合は、熱処理時
にウェットシール面にコーティングしたアルミニウム
が、当て板62の金属表面側にも拡散し、ウェットシー
ル面へのアルミニウム拡散が不十分となる上に、ウェッ
トシール面と当て板62が固着して熱処理後に分解でき
なくなる。そこで、当て板62としてカーボン板を用い
た実験を行った結果、上記のような問題は生じず、カー
ボン板が適していることが確認された。
In the present embodiment, the wet seal portion 21,
Aluminium-containing ferritic stainless steel is used as the base material 55 of 31, and austenitic stainless steel is used for the separator plate 10 to weld them to form an integrated structure. In this case, thermal distortion occurs when heat treatment is performed at a high temperature because the thermal expansion coefficients of the two are different. Therefore, it is necessary to take measures to prevent distortion when performing heat treatment, and the following methods have been devised as measures against them. First, a carbon spacer 60a having a thickness corresponding to the gap dimension between the wet seal portions 21 and 31 and the separator plate 10 is inserted, and the wet seal 21 is inserted into the electrode insertion spaces on both sides of the separator plate 10. , 31 and the separator plate 10 with a carbon spacer 60b having a thickness corresponding to the gap dimension between them,
A plurality of layers are laminated via a carbon plate 62, and both ends, that is, the upper and lower surfaces of the laminated body are sandwiched by a carbon pressing plate 62 and a stainless steel pressing plate 64, and a screw rod 66, a nut 67, and a spring washer 6
8. The flat washer 69 was fastened with a constant surface pressure by the tightening parts to restrain the pressure. The tightening force in this case is 6
The initial deformation of 8 was crushed completely and flattened. It should be noted that the contact plate 6 to be brought into contact with the wet seal surface
The reason why the material of No. 2 is carbon is as follows.
For example, when a metal plate is used as the contact plate 62, the aluminum coated on the wet seal surface during the heat treatment diffuses also to the metal surface side of the contact plate 62, and aluminum diffusion to the wet seal surface becomes insufficient. In addition, the wet seal surface and the contact plate 62 are fixed to each other and cannot be decomposed after the heat treatment. Then, as a result of conducting an experiment using a carbon plate as the backing plate 62, it was confirmed that the above-mentioned problems did not occur and the carbon plate was suitable.

【0022】このような方法で熱処理を行ってウェット
シール部母材55の表面にアルミニウムを拡散させた。
この場合の熱処理条件は、水素雰囲気で900℃、1時
間とした。これにより欠陥の無い均一なアルミニウム拡
散層111を形成することができた。
Heat treatment was carried out in this manner to diffuse aluminum on the surface of the base material 55 for the wet seal portion.
The heat treatment conditions in this case were 900 ° C. and 1 hour in a hydrogen atmosphere. As a result, a uniform aluminum diffusion layer 111 having no defects could be formed.

【0023】このようにしてウェットシール部21,3
1にアルミニウム拡散処理したものを用い、従来例と同
様の構成で組み立てた電池を従来例と同様の条件で1万
時間にわたる運転を行ったが、ウェットシール部21,
31の腐食による電池特性の低下はなく、安定した電池
を得ることができた。また、分解調査の結果、ウェット
シール部21,31の腐食は従来例では母材が部分的に
腐食されているのが観察されたが、本実施例では全くそ
のような部分は見られず、耐食性向上の効果が大きいこ
とが確認された。また、電池運転での耐食性評価とは別
に、溶融炭酸塩中に浸漬する方法でも評価した。試験方
法は前述の材料試験の場合と同様の方法で3000時間
の試験を行った。その結果、腐食の発生は全く観察され
ず、健全なアルミニウム拡散層が維持されており、従来
のものに比べて耐食性の高いものであることが実証され
た。
In this way, the wet seal parts 21, 3
A battery assembled in the same configuration as the conventional example was used for 1 and aluminum was subjected to aluminum diffusion treatment, and it was operated for 10,000 hours under the same conditions as the conventional example.
There was no deterioration in battery characteristics due to corrosion of No. 31, and a stable battery could be obtained. Further, as a result of the disassembly examination, it was observed that the base materials were partially corroded in the conventional example as to the corrosion of the wet seal parts 21 and 31, but in the present example, such a part was not observed at all. It was confirmed that the effect of improving the corrosion resistance was great. In addition to the evaluation of corrosion resistance during battery operation, evaluation was also performed by a method of immersing in molten carbonate. The test method was the same as that of the material test described above, and the test was performed for 3000 hours. As a result, no occurrence of corrosion was observed, a sound aluminum diffusion layer was maintained, and it was proved that the corrosion resistance was higher than that of the conventional one.

【0024】なお、上記実施の形態ではアルミニウムペ
イント塗布後の予備焼成と焼成温度を一定とし、また、
熱処理条件も一定の下で行ったものを示したが、予備焼
成温度を70℃以上90℃以下の範囲に、焼成温度を3
00℃以上350℃以下の範囲とし、また、熱処理の雰
囲気をArまたは真空中とし、熱処理温度を850℃以
上900℃以下の範囲に、時間を1時間以上2時間以下
の範囲としてもよく、実施の形態1と同様に欠陥の無い
均一な厚みのアルミニウム拡散層を形成することができ
た。ただし、アルミニウム拡散層111の厚みは熱処理
温度と時間に依存するので、高い温度で時間を長くする
とアルミニウム拡散層111の厚みが厚くなり、低い温
度で時間が短いと厚みは薄くなった。また、アルミニウ
ム拡散層111の厚みが約100μm以上になると拡散
層に亀裂が生じる可能性が高くなり、薄すぎると耐食性
が得られなくなる。したがって、熱処理の温度と時間の
組み合わせとしては、上記温度範囲の低い温度で処理す
る場合は時間を長くする必要があり、逆に、高い温度で
処理する場合は時間を短くする必要がある。例えば、温
度を850℃とした場合は時間を2時間とし、875℃
にした場合は時間を1.5時間程度にするのがよい。
In the above embodiment, the pre-firing and firing temperature after applying the aluminum paint are constant, and
The heat treatment was performed under a constant heat treatment condition, but the pre-firing temperature was in the range of 70 ° C to 90 ° C and the firing temperature was 3 ° C.
The temperature may be set in the range of 00 ° C. to 350 ° C., the heat treatment atmosphere may be Ar or vacuum, the heat treatment temperature may be set in the range of 850 ° C. to 900 ° C., and the time may be set in the range of 1 hour to 2 hours. It was possible to form an aluminum diffusion layer having a uniform thickness and no defects, as in the first embodiment. However, since the thickness of the aluminum diffusion layer 111 depends on the heat treatment temperature and time, the thickness of the aluminum diffusion layer 111 becomes thicker when the time is lengthened at a high temperature, and becomes smaller when the time is short at a low temperature. Further, if the thickness of the aluminum diffusion layer 111 is about 100 μm or more, cracks may occur in the diffusion layer, and if it is too thin, corrosion resistance cannot be obtained. Therefore, regarding the combination of the temperature and time of the heat treatment, it is necessary to lengthen the time when processing is performed at a low temperature in the above temperature range, and conversely, it is necessary to shorten the time when processing at a high temperature. For example, when the temperature is 850 ° C, the time is 2 hours and 875 ° C.
If this is set, the time should be about 1.5 hours.

【0025】実施の形態2.以下、本発明の実施の形態
2について、ウェットシール部の母材として、実施の形
態1に説明した材料以外のものについて説明する。実施
の形態1では、アルミニウム含有フェライト系ステンレ
ス鋼の耐食性評価結果の例として、18Cr−3Alと
20Cr−5Al材の二種類について説明したが、これ
以外にアルミニウムの含有比率を変えたアルミニウム含
有フェライト系ステンレス鋼の耐食性、及び溶接性等の
加工性についての評価を行った。表2は、アルミニウム
とクロムを主体に、各々の含有比率を変えた材料の評価
結果を示すものであり、表において、○印は良、△印は
やや不良、×印は不良の判定結果を表したものである。
Embodiment 2 Hereinafter, with respect to the second embodiment of the present invention, materials other than the materials described in the first embodiment will be described as the base material of the wet seal portion. In the first embodiment, two types of 18Cr-3Al and 20Cr-5Al materials have been described as examples of the corrosion resistance evaluation results of aluminum-containing ferritic stainless steels. However, other than this, aluminum-containing ferritic stainless steels having different aluminum content ratios have been described. The corrosion resistance of stainless steel and workability such as weldability were evaluated. Table 2 shows the evaluation results of materials containing aluminum and chromium as the main constituents with different content ratios. In the table, ○ indicates good, Δ indicates slightly bad, and X indicates defective. It is a representation.

【0026】[0026]

【表2】 [Table 2]

【0027】次にその結果について説明する。先ず、耐
食性の点においては、アルミニウムを含有しないフェラ
イト系ステンレス鋼、例えばSUS430では、この種
の電池の環境下での十分な耐食性は得られないが、アル
ミニウムを約1重量%含有することにより耐食性の向上
効果が得られた。但し、前述のごとく、アルミニウム含
有フェライト系ステンレス鋼はオーステナイト系ステン
レス鋼のような著しい腐食は生じないが、小さな孔食の
発生が見られた。孔食発生量はアルミニウム含有量が多
くなるにしたがって減少する傾向を示し、アルミニウム
が約10重量%では孔食は生じなかった。このように、
アルミニウム含有量が増す毎に耐食性は高くなることが
確認された。しかし、その半面、加工性、特に溶接性の
点では、アルミニウム含有量が増す毎に溶接部に割れが
発生する等の問題が生じる可能性が高くなり、アルミニ
ウム含有量が約10重量%のものでは、割れの発生、及
び溶け込み状態の不良などの現象が顕著に現れた。した
がって、耐食性と加工性の両方を満足するアルミニウム
含有比率の最適値は、1重量%以上、9重量%以下の範
囲にするのがよい。
Next, the result will be described. First, in terms of corrosion resistance, a ferritic stainless steel containing no aluminum, for example, SUS430, does not provide sufficient corrosion resistance under the environment of this type of battery, but the corrosion resistance of aluminum by about 1% by weight The improvement effect of was obtained. However, as described above, the aluminum-containing ferritic stainless steel did not cause remarkable corrosion unlike austenitic stainless steel, but small pitting corrosion was observed. The amount of pitting corrosion tended to decrease as the aluminum content increased, and pitting did not occur when the aluminum content was about 10% by weight. in this way,
It was confirmed that the corrosion resistance increases as the aluminum content increases. However, on the other hand, in terms of workability, especially weldability, there is a high possibility that problems such as cracking in the weld will occur as the aluminum content increases, and aluminum content of about 10% by weight In such cases, phenomena such as cracking and poor penetration were remarkably observed. Therefore, the optimum value of the aluminum content ratio that satisfies both corrosion resistance and workability is preferably in the range of 1% by weight or more and 9% by weight or less.

【0028】アルミニウム含有比率が上記の様な1重量
%以上、9重量%以下の範囲から成るフェライト系ステ
ンレス鋼を、各々ウェットシール部母材55に適用し
て、実施の形態1と同様の表面処理法で表面にアルミニ
ウム拡散層111を形成し、従来と同様の構成で組み立
てた電池を従来と同様の条件で同様の時間の運転を行っ
たが、ウェットシール部21,31の腐食による電池特
性の低下はなく、安定した電池を得ることができた。ま
た、運転後の分解調査の結果、ウェットシール部に電池
特性に影響するような腐食はなく、従来に比べて耐食性
が優れていることが確認できた。また、電池運転での評
価とは別に、実施の形態1の場合と同様の方法で溶融炭
酸塩中での浸漬試験も行ったが、腐食の発生は全くな
く、この評価結果でも従来のものよりも耐食性が優れて
いることが確認できた。
A ferritic stainless steel having an aluminum content ratio in the range of 1% by weight or more and 9% by weight or less as described above is applied to the base material 55 of the wet seal portion, and the same surface as in the first embodiment is obtained. The aluminum diffusion layer 111 was formed on the surface by the treatment method, and a battery assembled in the same configuration as the conventional one was operated under the same conditions as the conventional one for the same time. It was possible to obtain a stable battery. Further, as a result of the disassembly examination after the operation, it was confirmed that the wet seal portion had no corrosion that would affect the battery characteristics, and the corrosion resistance was superior to the conventional one. In addition to the evaluation in battery operation, an immersion test in molten carbonate was also conducted by the same method as in Embodiment 1, but no corrosion occurred, and this evaluation result also shows that it is better than the conventional one. It was confirmed that the product has excellent corrosion resistance.

【0029】なお、上記実施の形態1,2ではアルミニ
ウムを含み鉄を主成分とする合金としてフェライト系ス
テンレス鋼を挙げたが、これに限るものではなく、例え
ば、ニッケル6重量%未満とクロム13重量%未満を含
有する鉄基合金においても、1〜9重量%のアルミニウ
ムを含有していれば同様の耐食性向上効果が得られる。
In the above-described first and second embodiments, ferritic stainless steel is given as an alloy containing aluminum and having iron as a main component, but the present invention is not limited to this. For example, nickel less than 6% by weight and chromium 13 Even in an iron-based alloy containing less than wt%, the same effect of improving corrosion resistance can be obtained if it contains 1 to 9 wt% of aluminum.

【0030】実施の形態3.本発明の実施の形態3につ
いて説明する。実施の形態1ではウェットシール部2
1,31の母材55表面にアルミニウムコーティング処
理を行う方法として、アルミニウムペイントをコーティ
ングする方法を説明したが、これ以外の方法として、ア
ルミニウム蒸着やアルミニウムメッキを施してもよく、
欠陥のない均一なアルミニウムコーティング層110が
得られる。したがって、これらの方法でアルミニウムコ
ーティング層110を形成した後、実施の形態1で説明
したのと同様の熱処理を施すことにより、ウェットシー
ル部の母材55表面に欠陥のない均一なアルミニウム拡
散層111が形成されるので、実施の形態1と同様の効
果が得られる。
Embodiment 3 A third embodiment of the present invention will be described. In the first embodiment, the wet seal portion 2
Although a method of coating aluminum paint on the surface of the base material 55 of Nos. 1 and 31 has been described, aluminum vapor deposition or aluminum plating may be performed as another method.
A uniform aluminum coating layer 110 without defects is obtained. Therefore, after the aluminum coating layer 110 is formed by these methods, the same heat treatment as that described in the first embodiment is performed, whereby a uniform aluminum diffusion layer 111 having no defects on the surface of the base material 55 of the wet seal portion is formed. Thus, the same effect as that of the first embodiment can be obtained.

【0031】実施の形態4.以下、本発明の実施の形態
4について説明する。この実施の形態では溶融アルミニ
ウム浴浸漬処理方法によってウェットシール部母材55
の表面にアルミニウムを拡散させる。溶融アルミニウム
浴浸漬処理法は、溶融アルミニウム浴中にウェットシー
ル部母材55を浸漬して母材55表面に直接アルミニウ
ム拡散層111を形成させる方法であり、実施の形態1
の様なアルミニウムコーティング処理と熱処理の二つの
処理工程を必要とせず、一工程でアルミニウム拡散層1
11を形成することができ、熱処理を行う必要がないの
で、処理費用と処理工程が省けるのでコストの低減化と
加工時間の短縮ができるという長所を有する。しかしな
がら、一般に、形成されるアルミニウム拡散層111の
厚さは実施の形態1の場合の方が厚くできる。本実施の
形態はウェットシール部21,31の母材55に実施の
形態1に示すアルミニウム含有フェライト系ステンレス
鋼を適用し、溶融アルミニウム浴浸漬処理によってその
母材55表面にアルミニウム拡散層111を形成させた
ものである。この処理のアルミニウム拡散層111の厚
みは20μm以上80μm以下の範囲にするのが望まし
い。なぜならば、80μm以上の厚みにするとアルミニ
ウム拡散層111に亀裂が生じる可能性が高くなり、ま
た、20μm未満にすると処理効果が得られなくなるか
らである。なお、上述のように、この実施の形態では実
施の形態1の場合に比べて処理工程を短縮できる反面、
厚いアルミニウム拡散層111は得にくいが、本願発明
ではアルミニウム含有母材55を用いているため、アル
ミニウム拡散層111の厚さが従来のものより薄くても
充分な耐食性を得ることができる。
Embodiment 4 FIG. Hereinafter, the fourth embodiment of the present invention will be described. In this embodiment, the wet seal part base material 55 is formed by the molten aluminum bath dipping treatment method.
Diffusing aluminum on the surface of. The molten aluminum bath immersion treatment method is a method of immersing the wet seal portion base material 55 in the molten aluminum bath to directly form the aluminum diffusion layer 111 on the surface of the base material 55, and the first embodiment
The aluminum diffusion layer 1 can be formed in one step without the need of two treatment steps such as aluminum coating treatment and heat treatment.
Since 11 can be formed and heat treatment is not required, the processing cost and the processing step can be saved, so that the cost can be reduced and the processing time can be shortened. However, generally, the thickness of the formed aluminum diffusion layer 111 can be made larger in the case of the first embodiment. In this embodiment, the aluminum-containing ferritic stainless steel shown in the first embodiment is applied to the base material 55 of the wet seal portions 21 and 31, and the aluminum diffusion layer 111 is formed on the surface of the base material 55 by the molten aluminum bath dipping treatment. It was made. The thickness of the aluminum diffusion layer 111 in this treatment is preferably in the range of 20 μm or more and 80 μm or less. This is because if the thickness is 80 μm or more, the aluminum diffusion layer 111 is more likely to crack, and if it is less than 20 μm, the treatment effect cannot be obtained. As described above, in this embodiment, the processing steps can be shortened as compared with the case of the first embodiment, but
Although it is difficult to obtain a thick aluminum diffusion layer 111, since the aluminum-containing base material 55 is used in the present invention, sufficient corrosion resistance can be obtained even if the thickness of the aluminum diffusion layer 111 is thinner than that of the conventional one.

【0032】溶融アルミニウム浴浸漬処理の方法は、文
献(「日本舶用機関学会誌」第21巻,第9号,P.70〜75
)等にも公知されている方法で、先ず、ウェットシー
ル部母材55を酸洗浄・水洗・乾燥等の前処理をした後
に700℃弱の溶融アルミニウム浴中に浸漬し、約1時
間保持した後に溶融アルミニウム浴中より取り出して酸
洗浄・水洗・乾燥等の後処理を行った。なお、この場合
はアルミニウム拡散層111の厚みを厚くするために、
浸漬時間は約1時間とこの種の標準処理時間とされる2
0〜30分程度よりも長くした。これにより、欠陥のな
い均一なアルミニウム拡散層111を形成することがで
きた。
The method of immersion treatment in the molten aluminum bath is described in the literature (Journal of the Japan Society for Marine Engines, Vol. 21, No. 9, p. 70-75).
) And the like, first, the wet seal base material 55 is subjected to pretreatment such as acid cleaning, water cleaning, and drying, and then immersed in a molten aluminum bath at a temperature of 700 ° C. and held for about 1 hour. After that, it was taken out from the molten aluminum bath and subjected to post-treatments such as acid washing, water washing and drying. In this case, in order to increase the thickness of the aluminum diffusion layer 111,
Immersion time is about 1 hour and this type of standard treatment time is 2
It was longer than 0 to 30 minutes. As a result, a uniform aluminum diffusion layer 111 without defects could be formed.

【0033】この様にして、アルミニウム含有フェライ
ト系ステンレス鋼を適用したウェットシール部21,3
1にアルミニウム拡散処理したものを用い、従来と同様
の構成で組み立てた電池を従来と同様の条件で1万時間
の運転を行ったが、ウェットシール部21,31の腐食
による電池特性の低下はなく、安定した電池を得ること
ができた。また、運転後の分解調査の結果、ウェットシ
ール部に電池特性に影響するような腐食はなく、従来に
比べて耐食性が優れていることが確認できた。また、電
池運転での評価とは別に、実施の形態1と同様の方法で
溶融炭酸塩中での浸漬試験を行ったが、腐食の発生は全
くなく、この評価結果でも従来のものよりも耐食性が優
れていることが確認できた。
In this way, the wet seal parts 21, 3 to which the aluminum-containing ferritic stainless steel is applied
A battery assembled in the same configuration as the conventional one was used for 1 and was operated for 10,000 hours under the same conditions as the conventional one. However, the deterioration of the battery characteristics due to the corrosion of the wet seal parts 21 and 31 did not occur. It was possible to obtain a stable battery. Further, as a result of the disassembly examination after the operation, it was confirmed that the wet seal portion had no corrosion that would affect the battery characteristics, and the corrosion resistance was superior to the conventional one. Separately from the evaluation in battery operation, an immersion test in a molten carbonate was carried out by the same method as in Embodiment 1, but no corrosion occurred, and this evaluation result also showed that the corrosion resistance was better than that of the conventional one. Was confirmed to be excellent.

【0034】なお、上記実施の形態では、溶融アルミニ
ウム浴中に浸漬する時間を1時間としたが、30分以上
1.5時間以下の範囲としてもよく、上記実施の形態と
同様の効果が得られる。
In the above embodiment, the immersion time in the molten aluminum bath is set to 1 hour, but it may be set in the range of 30 minutes or more and 1.5 hours or less, and the same effect as that of the above embodiment can be obtained. To be

【0035】[0035]

【発明の効果】以上のように、請求項1の発明に係わる
溶融炭酸塩型燃料電池は、ウェットシール部が、1〜9
重量%のアルミニウムを含み鉄を主成分とする合金から
成る母材の表面にアルミニウム拡散層が形成されている
ので、充分な耐食性が得られる。
As described above, in the molten carbonate fuel cell according to the invention of claim 1, the wet seal portion has 1 to 9 parts.
Since the aluminum diffusion layer is formed on the surface of the base material made of an alloy containing iron by weight and containing aluminum by weight, sufficient corrosion resistance can be obtained.

【0036】請求項2の発明に係わる溶融炭酸塩型燃料
電池の製造方法は、ウェットシール部が、1〜9重量%
のアルミニウムを含み鉄を主成分とする合金から成る母
材の表面にアルミニウムをコーティングした後に熱処理
を施してアルミニウム拡散層を形成することにより製造
されるので、ウェットシール部に充分な耐食性を付与で
きる。
In the method for manufacturing a molten carbonate fuel cell according to the second aspect of the present invention, the wet seal portion has a content of 1 to 9% by weight.
Since it is manufactured by coating aluminum on the surface of a base material made of an alloy containing aluminum as a main component and then subjecting it to heat treatment to form an aluminum diffusion layer, it is possible to impart sufficient corrosion resistance to the wet seal part. .

【0037】本発明の請求項3に係わる溶融炭酸塩型燃
料電池の製造方法は、請求項2記載の熱処理は、表面に
アルミニウムがコーティングされたウェットシール部の
母材とセパレータ板を接合する工程、上記ウェットシー
ル部とセパレータ板間の空間及び電極挿入用空間にカー
ボンスペーサを挿入したものをカーボン当て板を介して
複数個積層する工程、並びに上記積層体の両端をカーボ
ン当て板を介して金属よりなる押さえ板で挟持して上記
積層体を加圧した状態で加熱する工程を有するので、母
材とセパレータ板の材質が異なり熱膨張率が異なっても
熱処理時の熱歪の発生を防止できる。
In the method for producing a molten carbonate fuel cell according to claim 3 of the present invention, the heat treatment according to claim 2 is a step of joining a base material of a wet seal portion whose surface is coated with aluminum and a separator plate. A step of laminating a plurality of carbon spacers inserted in the space between the wet seal portion and the separator plate and the electrode insertion space via a carbon patch plate, and both ends of the laminate with a metal plate via the carbon patch plate. Since it has a step of heating the laminated body by sandwiching it with a pressing plate made of, it is possible to prevent the occurrence of thermal strain during heat treatment even if the materials of the base material and the separator plate are different and the coefficients of thermal expansion are different. .

【0038】本発明の請求項4に係わる溶融炭酸塩型燃
料電池の製造方法は、ウェットシール部が、1〜9重量
%のアルミニウムを含み鉄を主成分とする合金から成る
母材を溶融アルミニウム浴に浸漬して上記母材の表面に
アルミニウム拡散層を形成することにより製造されるの
で、ウェットシール部に充分な耐食性を付与できる。
In a method for manufacturing a molten carbonate fuel cell according to a fourth aspect of the present invention, the wet seal portion is a molten aluminum containing a base material made of an alloy containing 1 to 9% by weight of aluminum and having iron as a main component. Since it is manufactured by immersing it in a bath and forming an aluminum diffusion layer on the surface of the base material, sufficient corrosion resistance can be imparted to the wet seal portion.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 本発明の実施の形態1に係わるウェットシー
ル部材と従来の材料の耐食性を評価した一例を示す特性
図である。
FIG. 1 is a characteristic diagram showing an example of evaluating the corrosion resistance of a wet seal member according to a first embodiment of the present invention and a conventional material.

【図2】 本発明の実施の形態1に係わり、(a)はウ
ェットシール部表面にアルミニウムペイントを塗布した
状態を、(b)は(a)のアルミニウムペイント塗布後
にアルミニウムを拡散させた状態をそれぞれ模式的に示
す要部断面図である。
FIG. 2 relates to the first embodiment of the present invention, (a) shows a state in which aluminum paint is applied to the surface of the wet seal portion, and (b) shows a state in which aluminum is diffused after applying the aluminum paint in (a). It is a principal part sectional view which each shows typically.

【図3】 本発明の実施の形態1に係わる熱処理方法を
説明する要部断面図である。
FIG. 3 is a sectional view of relevant parts for explaining the heat treatment method according to the first embodiment of the present invention.

【図4】 従来の内部マニホールド形式の溶融炭酸塩型
燃料電池の一般的な単電池の構造を一部破断して示す斜
視図である。
FIG. 4 is a partially cutaway perspective view showing a structure of a general unit cell of a conventional molten carbonate fuel cell of an internal manifold type.

【図5】 図4の一部を拡大して示す要部斜視図であ
る。
FIG. 5 is a perspective view of an essential part showing a part of FIG. 4 in an enlarged manner.

【図6】 従来の内部マニホールド形式の溶融炭酸塩型
燃料電池のセパレータ板の一般的な構造を一部破断して
示す要部斜視図である。
FIG. 6 is a main part perspective view showing a general structure of a separator plate of a conventional molten carbonate fuel cell of an internal manifold type, partially broken away.

【図7】 従来の溶融炭酸塩型燃料電池に係わり、
(a)はウェットシール部表面にアルミニウムを溶射し
た状態を、(b)は(a)のアルミニウム溶射後にアル
ミニウムを拡散させた状態をそれぞれ模式的に示す要部
断面拡大図である。
FIG. 7 relates to a conventional molten carbonate fuel cell,
(A) is an enlarged cross-sectional view of a main part schematically showing a state where aluminum is sprayed on the surface of the wet seal portion, and (b) is a state where aluminum is diffused after aluminum spraying of (a).

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 燃料電極、4 マトリクス、5 酸化剤電極、10
セパレータ板、20 燃料側マニホールド、21 燃
料側ウェットシール部、30 酸化剤側マニホールド、
31 酸化剤側ウェットシール部、40 溶接部、55
アルミ含有フェライト系ステンレス母材、60a,6
0b カーボンスペーサ、62 カーボン当て板、64
押え板、66 ネジ棒、67 ナット、68 バネ座
金、69 平座金、103 アルミニウム溶射層、10
6 アルミニウム拡散層、110 アルミニウムペイン
ト層、111 無欠陥アルミニウム拡散層。
1 fuel electrode, 4 matrix, 5 oxidant electrode, 10
Separator plate, 20 fuel side manifold, 21 fuel side wet seal part, 30 oxidant side manifold,
31 oxidizer side wet seal part, 40 weld part, 55
Aluminum-containing ferritic stainless steel base material, 60a, 6
0b carbon spacer, 62 carbon patch plate, 64
Holding plate, 66 screw rod, 67 nut, 68 spring washer, 69 flat washer, 103 aluminum sprayed layer, 10
6 Aluminum diffusion layer, 110 Aluminum paint layer, 111 Defect-free aluminum diffusion layer.

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 燃料電極、電解質マトリクス、及び酸化
剤電極を有する単セルと、ガス流路を形成するセパレー
タ板とを交互に積層して形成されるスタック、燃料及び
酸化剤ガス給排気用の内部マニホールド、並びに上記電
極及びマニホールドの周囲に上記セパレータ板と接して
設けられるウェットシール部を備える溶融炭酸塩型燃料
電池において、上記ウェットシール部は、1〜9重量%
のアルミニウムを含み鉄を主成分とする合金から成る母
材の表面にアルミニウム拡散層が形成されているもので
あることを特徴とする溶融炭酸塩型燃料電池。
1. A stack formed by alternately stacking a single cell having a fuel electrode, an electrolyte matrix, and an oxidant electrode, and a separator plate forming a gas flow path, for supplying and exhausting a fuel and an oxidant gas. In a molten carbonate fuel cell comprising an internal manifold and a wet seal part provided around the electrodes and the manifold in contact with the separator plate, the wet seal part is 1 to 9% by weight.
2. A molten carbonate fuel cell, characterized in that an aluminum diffusion layer is formed on the surface of a base material made of an alloy containing aluminum as a main component containing aluminum.
【請求項2】 燃料電極、電解質マトリクス、及び酸化
剤電極を有する単セルと、ガス流路を形成するセパレー
タ板とを交互に積層して形成されるスタック、燃料及び
酸化剤ガス給排気用の内部マニホールド、並びに上記電
極及びマニホールドの周囲に上記セパレータ板と接して
設けられるウェットシール部を備える溶融炭酸塩型燃料
電池を製造する方法において、上記ウェットシール部
は、1〜9重量%のアルミニウムを含み鉄を主成分とす
る合金から成る母材の表面にアルミニウムをコーティン
グした後に熱処理を施してアルミニウム拡散層を形成す
ることにより製造されることを特徴とする溶融炭酸塩型
燃料電池の製造方法。
2. A stack formed by alternately stacking a single cell having a fuel electrode, an electrolyte matrix, and an oxidant electrode, and a separator plate forming a gas flow path, for supplying and exhausting a fuel and an oxidant gas. In a method of manufacturing a molten carbonate fuel cell comprising an internal manifold and a wet seal part provided around the electrodes and the manifold in contact with the separator plate, the wet seal part contains 1 to 9% by weight of aluminum. A method for producing a molten carbonate fuel cell, which is produced by coating a surface of a base material made of an alloy containing iron as a main component with aluminum and then performing heat treatment to form an aluminum diffusion layer.
【請求項3】 請求項2記載の熱処理は、表面にアルミ
ニウムがコーティングされたウェットシール部の母材と
セパレータ板を接合する工程、上記ウェットシール部と
セパレータ板間の空間及び電極挿入用空間にカーボンス
ペーサを挿入したものをカーボン当て板を介して複数個
積層する工程、並びに上記積層体の両端をカーボン当て
板を介して金属よりなる押さえ板で挟持して上記積層体
を加圧した状態で加熱する工程を有するものであること
を特徴とする請求項2記載の溶融炭酸塩型燃料電池の製
造方法。
3. The heat treatment according to claim 2, wherein a step of joining a base material of a wet seal portion whose surface is coated with aluminum and a separator plate, a space between the wet seal portion and the separator plate, and an electrode insertion space. A step of stacking a plurality of carbon spacers inserted through a carbon backing plate, and a state in which both ends of the above-mentioned laminated body are sandwiched by pressing plates made of metal through the carbon backing plate and the above-mentioned laminated body is pressed. The method for producing a molten carbonate fuel cell according to claim 2, which has a step of heating.
【請求項4】 燃料電極、電解質マトリクス、及び酸化
剤電極を有する単セルと、ガス流路を形成するセパレー
タ板とを交互に積層して形成されるスタック、燃料及び
酸化剤ガス給排気用の内部マニホールド、並びに上記電
極及びマニホールドの周囲に上記セパレータ板と接して
設けられるウェットシール部を備える溶融炭酸塩型燃料
電池を製造する方法において、上記ウェットシール部
は、1〜9重量%のアルミニウムを含み鉄を主成分とす
る合金から成る母材を溶融アルミニウム浴に浸漬して上
記母材の表面にアルミニウム拡散層を形成することによ
り製造されることを特徴とする溶融炭酸塩型燃料電池の
製造方法。
4. A stack formed by alternately stacking a single cell having a fuel electrode, an electrolyte matrix, and an oxidant electrode and a separator plate forming a gas flow path, for supplying and exhausting a fuel and an oxidant gas. In a method of manufacturing a molten carbonate fuel cell comprising an internal manifold and a wet seal part provided around the electrodes and the manifold in contact with the separator plate, the wet seal part contains 1 to 9% by weight of aluminum. Manufacture of a molten carbonate fuel cell, which is manufactured by immersing a base material made of an alloy containing iron as a main component in a molten aluminum bath to form an aluminum diffusion layer on the surface of the base material. Method.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
NL1006185C2 (en) * 1996-05-31 2001-12-10 Korea Heavy Ind & Construction Anti-corrosion treatment method for a fuel cell separator with molten carbonate.
KR100444245B1 (en) * 2001-09-11 2004-08-16 한국전력공사 ethod for heating Separartor and Molten Carbonate Fuel Cell
EP1204778A4 (en) * 1999-06-04 2005-04-27 Ceramic Fuel Cells Ltd Air-side solid oxide fuel cell components
US7985512B2 (en) 2006-04-14 2011-07-26 Fuelcell Energy, Inc. Bipolar separator plate for use in a fuel cell assembly and for preventing poisoning of reforming catalyst

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